Accesorio de calcetín con sensor de presión: 18 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Cuando se trata de elegir dispositivos ortopédicos personalizados, no existen muchas opciones de prueba confiables que puedan ayudarlo a decidir qué tipo de inserto es mejor para las necesidades de sus pies. Y las opciones que existen casi siempre prueban específicamente los desequilibrios de fuerzas en sus pies mientras está parado. En realidad, también necesita sus plantillas para brindar comodidad y estabilidad durante las condiciones de caminata, no solo mientras está parado. Con curiosidad por saber cómo podríamos comenzar a trabajar para solucionar este problema, decidimos diseñar un accesorio de calcetín con sensor de presión simple y asequible que, con suerte, una vez mejorado en el futuro, podría usarse para ayudar a diagnosticar cualquier desequilibrio en los pies de un paciente mientras camina.. Este diagnóstico podría usarse potencialmente, junto con la documentación médica existente, para crear plantillas personalizadas para el paciente (o recomendar las existentes).

Nuestro diseño actual (el que puede hacer en este instructivo) tiene tres sensores que se adhieren a la parte inferior de cualquier calcetín y dan como resultado neopíxeles (luces pequeñas) que se encienden cuando se presionan. Todos los componentes electrónicos están alojados en una banda para el tobillo y permiten que los datos de presión se envíen a su computadora a través de bluetooth y luego se tracen en tiempo real. Esperamos actualizar este diseño en el futuro, pero por ahora, aquí se explica cómo construir nuestro prototipo actual.

(Vea el video de arriba para ver qué hará cuando haya terminado).

Preparación

Para fabricar con éxito este dispositivo, hay algunas cosas que necesitará saber. Se ha incluido el código utilizado para el proyecto, pero un conocimiento básico de la lógica involucrada podría ser beneficioso si se encuentra con algún problema. Si tiene un problema, también hay foros disponibles en Internet donde puede publicar su problema o buscar uno que sea similar a su problema que ya ha sido abordado. Los conocimientos básicos de cableado eléctrico, aunque no demasiado complicados, pueden hacer que el proyecto se desarrolle un poco más rápido. Finalmente, necesitará soldar algunos sujetadores en Flora. ¡Repase los conceptos básicos antes de comenzar!

La seguridad

Antes de comenzar con el proyecto, hay algunas preocupaciones de seguridad que deben abordarse. El producto terminado en sí no le hará daño, pero la seguridad eléctrica no siempre es de conocimiento común. Para evitar cortocircuitos en cualquiera de sus equipos, asegúrese de que la tierra esté conectada a su dispositivo antes de agregar energía. También asegúrese de que ninguno de sus hilos conductores se cruce con otros hilos conductores. Hacerlo podría provocar un cortocircuito y provocar un incendio. También se debe tener cuidado al soldar los sujetadores al Flora. Las herramientas de soldadura están increíblemente calientes y causarán quemaduras extremadamente dolorosas si toca accidentalmente la punta. Asegúrese de saber lo que está haciendo para no quemarse ni dañar sus circuitos.

Consejos

• ¡Verifique que el circuito funcione antes de coser o construir!
• Si parece que no puede obtener ninguna salida de datos de un sensor de presión, verifique que el pin asociado en el Flora sea funcional (uno de nuestros pines estaba roto y tuvimos que obtener un nuevo Flora).
• Planifique cómo va a colocar todos los componentes en la banda del tobillo para evitar cruzar los hilos conductores en cualquier punto.
• Deje espacio adicional cuando planee coser el hilo conductor en la banda. Tener los hilos demasiado cerca uno del otro presenta el riesgo de que se toquen accidentalmente.
• Para ahorrar tiempo, planifique la colocación del hilo antes de coserlo. Si intentas coserlo sin tener una idea clara de dónde irá todo, te frustrarás y terminarás rehaciendo mucho de todos modos.
• Si tiene problemas para conectarse al módulo Bluetooth, desenchufe el módulo, olvídese del dispositivo en la configuración de Bluetooth de su computadora y luego vuelva a conectarse.
• Para ahorrar tiempo, vea algunos tutoriales en video en YouTube sobre cómo coser dispositivos electrónicos portátiles en la ropa.

Paso 1: Reúna los materiales y las herramientas

Para crear el accesorio de calcetín con sensor de presión, hay algunas cosas que necesitará si quiere que funcione. Algunas de las cosas de la lista a continuación son obligatorias y algunas de ellas se desean para mayor facilidad.

1. A Flora (se puede encontrar aquí por $ 15)
2. Módulo bluetooth. Usamos el Arduino uno (HC06 BT) pero también puedes usar un módulo portátil Flora BLE.
3. Un material conductor sensible a la presión como Velostat (disponible aquí en Adafruit)
4. Flora RGB NeoPixels, al menos tres. (Un paquete de 4 está disponible en Adafruit por alrededor de $ 8 aquí).
5. Hilo conductor
6. Cables de puente (que se parecen a estos con al menos un lado hembra). Necesitarás 4.
7. Pinzas de cocodrilo unidas a cables (opcionales, pero extremadamente útiles)
8. Una aguja de coser
9. Una batería pequeña, 3.7V debería ser suficiente (disponible aquí en Adafruit por alrededor de $ 8). Asegúrese de que la batería tenga el conector adecuado para Flora.
10. Almohadilla de velcro, de al menos 2 "x 4", más puntos de velcro.
11. Cosa pequeños (5 mm) en corchetes. Necesitará al menos 18.
12. Soldar y un soldador
13. Una camiseta vieja
14. Tejido de interfaz fusible, se puede comprar en la mayoría de las tiendas de artesanía o costura. Lea algunos consejos y trucos aquí.
15. Una camiseta vieja
16. Tijeras, cinta adhesiva y paciencia.

Paso 2: cree los sensores de presión

1. Recorta 3 piezas de la tela conductora. Uno debe ser lo suficientemente pequeño como para caber debajo del talón de una persona promedio, y los otros dos deben ser cuadrados de aproximadamente 1 pulgada x 1 pulgada (pero la forma en realidad no importa tanto).
2. Corta seis trozos de hilo conductor de 18 pulgadas.
3. Pega un trozo de hilo a cada lado de los tres trozos de tela precortados. El hilo debe estar pegado con cinta adhesiva en forma de 'J' como se muestra en la imagen de arriba, y debe salir de la tela en lados opuestos como se muestra (manteniendo aproximadamente media pulgada de espacio entre las colas de los hilos).

Paso 3: conecte los sensores de presión al Flora

1. Usando pinzas de cocodrilo, para cada sensor de presión, conecte una cola de hilo conductor a un pin de tierra en el Flora y el otro a uno de los pines 6, 9 o 10 (conexiones que se muestran en la imagen de arriba a la izquierda). El código que usará designa el sensor en el pin 9 como el que estará ubicado en el talón, el sensor en el pin 6 como el que estará ubicado en la parte anterior del pie y el sensor en el pin 10 como el que estará estar ubicado debajo de la parte exterior del pie (debajo de donde se encuentra el nudillo del dedo más pequeño). Si ha configurado sus sensores específicamente para usarlos en una de estas ubicaciones, asegúrese de que estén conectados al pasador correcto.
2. Coloque los sensores de manera que queden planos sobre la mesa y ninguno de los hilos se cruce o toque.

(Nota: si necesita colocar varias pinzas de cocodrilo en un pin del Flora, pegue el extremo de un cable pequeño entre la conexión existente y luego coloque la pinza en el extremo que sobresale como se muestra arriba en la imagen de la derecha).

Paso 4: Conecte los NeoPixels a Flora

1. Conecte cada NeoPixel a GND. Todos se pueden conectar a la misma tierra.
2. Conecte los NeoPixels en serie, con el primero conectado al pin 12 del Flora.
3. Preste atención a la dirección en la que apuntan las flechas. La flecha que apunta hacia el centro es la señal entrante y la flecha que apunta en dirección opuesta al centro es la señal saliente.
4. Conecte cada NeoPixel a VBATT.

El diagrama de cableado se muestra en la imagen de arriba como referencia.

Paso 5: Conecte Bluetooth a Flora

1. Conecte el pin GND del módulo Bluetooth a un pin GND del Flora.
2. Conecte el pin VCC en el módulo Bluetooth a un pin de 3.3V en Flora.
3. Conecte TXD en el módulo Bluetooth a RX # 0 en Flora.
4. Conecte RXD en el módulo Bluetooth a TX # 1 en Flora.

Si el módulo Bluetooth está cableado incorrectamente, podría provocar que el circuito se fríe o una falta de comunicación entre el módulo y la computadora.

Paso 6: construya el circuito

Usando el diagrama de circuito anterior, ensamble todos los componentes (NO intente usar hilo conductor todavía. Por ahora, solo use pinzas de cocodrilo y cables aislados u otros cables temporales de su elección)

Paso 7: descargue el código y conecte Flora a su computadora

1. Descargue el código usando el enlace a continuación y ábralo en Arduino IDE.
2. Si no tiene instalada la biblioteca Adafruit NeoPixel, descárguela de GitHub. Instale esta biblioteca y asegúrese de incluirla en su carpeta de Bibliotecas Arduino.
3. Si no tiene instalada la biblioteca de filtros Arduino, descárguela aquí desde GitHub. Instálelo y asegúrese de incluirlo en su carpeta de Bibliotecas Arduino.
4. Conecte el Flora a su computadora con un cable micro USB a USB (en la imagen de arriba).
5. Haga clic en "Herramientas"> "Tablero"> "Adafruit Playground" para indicarle al software qué hardware está utilizando.
6. Haga clic en "Herramientas"> "Puerto" y luego, en el menú desplegable, seleccione el puerto COM al que está conectado su Flora en su computadora.

¡Aquí está el código que necesita!

NOTA: Es posible que deba ajustar los umbrales en el código para determinar cuándo encender / apagar un NeoPixel. Ajuste cada uno para cada sensor.

Paso 8: Cargue el código en Flora

1. Haga clic en la flecha "Cargar" en la esquina superior izquierda del IDE (rodeada con un círculo en la imagen de arriba).
2. Debido a que se cargó el código, ahora puede desconectar Flora de su computadora. La comunicación entre Flora y su computadora de ahora en adelante se realizará a través de una conexión Bluetooth.

Paso 9: conecte el módulo Bluetooth a la computadora

1. La luz del módulo Bluetooth debería parpadear en este punto.
2. Abra las preferencias de Bluetooth en su computadora.
3. Conéctese al módulo haciendo clic en la opción 'HC-06'.
4. Una vez conectado, la luz del HC-06 debe dejar de parpadear y permanecer constante, como se ve en la imagen de arriba.

Paso 10: probar la funcionalidad

1. En este punto, el módulo Bluetooth debería estar transmitiendo datos desde los sensores de presión que creó a su computadora.
2. El código descargado toma estos datos y los traza como tres líneas separadas (una para cada sensor).
3. En IDE, haga clic en "Herramientas"> "Trazador en serie".
4. Debería ver las tres líneas mencionadas, todas probablemente con valores iniciales diferentes.
5. Presione hacia abajo en cada sensor de presión uno a la vez para asegurarse de ver una respuesta en su línea trazada respectiva (la presión debe resultar en una caída en la curva).
6. Si no ve ningún dato que se traza, verifique que la velocidad en baudios en el gráfico esté configurada en 9600.
7. No continúe con el siguiente paso hasta que se asegure de que se están recopilando datos y que los gráficos responden a la presión en los sensores de presión.

Paso 11: cubra los sensores

1. Recorta trozos de tela delgada y no conductora (usamos una camiseta vieja) en las mismas formas que tus sensores de presión (solo un poco más grandes). Recorte 2 piezas de tela para cada sensor.
2. Emparede cada sensor entre sus 2 piezas de tela designadas y luego cosa alrededor de cada sensor (asegurándose de no perforarlo).
3. Una vez que termine de coser, corte 3 piezas de Velcro (el lado rugoso) de la misma forma y tamaño que sus sensores.
4. Pegue el Velcro a los sensores recién cubiertos correspondientes (solo en un lado de cada uno).
5. Si el velcro no se pega bien a la tela, también puede coserlo. Una vez más, sin embargo, tenga cuidado de no perforar los sensores. El Velcro servirá como método para sujetar los sensores a un calcetín.

Paso 12: planifica tu subproceso

Ahora que ha ensamblado un borrador del prototipo y ha verificado que realmente funciona, puede intentar coserlo para obtener un producto final. Recuerde, no cruce su hilo conductor y planifique su costura antes de coser. Hay infinitas posibilidades de dónde colocar Flora, Bluetooth y NeoPixels. La imagen de arriba es una posibilidad que encontramos que funcionó. Los tres NeoPixels están conectados en serie y cada uno está conectado a la alimentación y a tierra. Además, ¡no hay cables cruzados! haciendo de este un excelente diseño.

Paso 13: Montaje de un prototipo: Parte de costura 1

Los sensores están cubiertos, el código funciona y ha planificado su enhebrado. Ahora es el momento de armar un producto final. Cosimos todo en una banda para el tobillo (hecha con una camiseta vieja) que se puede envolver y asegurar con velcro. Puedes probar la misma idea, ¡pero te animamos a que juegues con ella y encuentres una configuración que funcione para ti! Siga los pasos a continuación y asegúrese de vigilar sus conexiones.

1. Planche la interfaz en una tira de la camiseta, teniendo cuidado con el lado que está boca abajo. La tira debe ser lo suficientemente larga para envolver un tobillo y lo suficientemente ancha para coser en Flora, Bluetooth y NeoPixels.
2. Decida dónde desea colocar Flora, el módulo Bluetooth y NeoPixels.
3. Cose el lado femenino de los broches a la camiseta donde quieras colocar la Flora. Ninguno de los broches debe tocarse entre sí.
4. Asegúrese de verificar la ubicación de cada broche mientras cose para asegurarse de que se alineen con el alfiler correcto en el Flora. (Visto arriba en la imagen).

Recuerde seguir consultando su plan de enhebrado a lo largo de estas etapas para no cruzar cables ni olvidar conectar algo.

Paso 14: Montaje de un prototipo: Parte de costura 2

Ahora que tiene el marco listo, pasemos a los componentes de costura:

1. Pegue los NeoPixels donde quiera que estén. Esto no es estrictamente necesario, pero es útil para mantenerlos en su lugar mientras los cose.
2. Cose los NeoPixels en la camiseta.
3. Coser el Bluetooth en la camiseta. Hicimos un bolsillo pequeño, como se ve en la imagen de arriba, pero ejercite su mente creativa para decidir la mejor manera de sujetarlo.
4. Con hilo conductor, cosa las conexiones entre los broches para Flora, Bluetooth y NeoPixels.
5. ¡No cruce los hilos! Si es inevitable cruzar los hilos, coloque algún tipo de aislamiento entre los hilos, como parte de la camiseta.

Paso 15: Montaje de un prototipo: Parte de costura 3

Una vez que los NeoPixels estén cosidos, continúe conectando los sensores de presión al circuito:

1. Cosa una línea de seis broches a una pulgada por debajo de los NeoPixels.
2. Enhebre cables conductores entre Flora y la nueva línea de broches. Estos actuarán como puntos de conexión para los sensores de presión. (Debe haber tres conectados a GND y tres conectados a los pines de señal analógica 6, 9 y 10.)
3. Llevamos los cables de cada sensor de presión por la parte posterior del tobillo y los pasamos a través de parte de la camiseta para evitar que se toquen entre sí.
4. Asegure el lado macho de los seis broches en el extremo del hilo conductor de los sensores de presión.
5. Estos broches deben encajar en la línea que acaba de coser.

Consulte su plan de enhebrado durante estos pasos para asegurarse de no cruzar cables y de conectar los broches correctos.

Paso 16: Montaje de un prototipo: soldadura

Ahora pasamos a la soldadura. Recuerde revisar su seguridad porque los soldadores pueden ser muy dolorosos si se tocan.

1. Suelde el lado macho de los broches a la Flora. (Visto en la imagen de arriba a la izquierda).
2. Después de que se suelde cada broche, verifique dos veces su posición con los broches cosidos. Es más rápido ajustar un broche con soldadura que volver a coser todos los broches porque no están alineados correctamente.
3. Una vez que los broches están soldados a la Flora, puede adjuntar el ensamblaje preliminar de piezas para ver cómo encaja, como se ve en la imagen de la derecha.

Paso 17: Montaje de un prototipo: acabado

1. Cubrimos la parte posterior de la tira (donde están expuestos todos los hilos y nudos) con otra porción de camiseta. ¡Sería una lástima que un cable se enganchara y se rasgara!
2. Cree un pequeño bolsillo para la batería si lo desea.
3. Creamos una solapa para cubrir todos los componentes, ¡pero esto depende completamente de usted!
4. Agrega puntos de velcro a la tira de la camiseta. Esto servirá como una sujeción de tamaño ajustable para sujetar la banda alrededor del tobillo.
5. Uno que haya terminado, pruébelo para ver si funciona.

Paso 18: Más ideas

En un futuro cercano, esperamos agregar más procesamiento para lograr una señal más clara y retroalimentación para informar a los usuarios de los desequilibrios entre las lecturas del sensor de presión. Es de esperar que estos desequilibrios se puedan usar para hacer sugerencias de una plantilla para el usuario (nuevamente, tener una cuadrícula de sensores más precisa y completa lo haría más fácil).

En el futuro, este proyecto podría ampliarse para incluir una matriz más precisa de sensores de presión. Si, por ejemplo, se usara una cuadrícula de detección de presión de algún tipo, podría crear una colección de datos mucho más detallada. Estos datos podrían usarse para crear una imagen renderizada en tiempo real de un pie con áreas de mayor y menor presión designadas por una gama de colores. Esto haría que el accesorio del sensor sea mucho más útil en un entorno clínico, porque un médico podría reconocer visualmente las anomalías en la distribución de la fuerza en el pie de una persona mientras camina. Luego, podría mirar los datos numéricos y, según los hallazgos, recomendar el tratamiento para la afección (es decir, qué tipo de plantilla comprar para mejorar la comodidad). Esta funcionalidad está muy lejos de este proyecto, ¡pero creemos que este Instructable definitivamente tiene mucho potencial!

Muchas gracias por tomarse el tiempo de leer nuestro tutorial y (¡quizás!) Probarlo. Háganos saber si tiene alguna sugerencia o comentario en la sección de comentarios a continuación.